[发明专利]一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统

说明书

本发明公开了一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统，包括非能动堆腔注水系统、纳米流体非能动注入系统以及反应堆压力容器系统；反应堆压力容器系统设置有保护循环流道；保护循环流道包括堆腔壁、压力容器和压力容器保温层，压力容器保温层的内壁与压力容器的外壁形成保温层流道，压力容器保温层的外壁与堆腔壁形成混合流道，压力容器保温层的底部设置有入口，顶部设置有出口，混合流道与保温层流道通过入口和出口连通；冷却水或/和纳米流体从入口进入保温层流道，并从出口回流至混合流道。本发明的目的在于提供一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统，纳米流体仅存在于保温层流道和混合流道内，避免对其他水源带来影响。

技术领域

本发明涉及核电厂堆芯熔融物堆内冷却与滞留措施技术领域，尤其涉及一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统。

背景技术

核电厂发生堆芯熔化的严重事故后，反应堆堆芯熔融物迁移到压力容器下封头内形成熔融池。高温熔融物使下封头壁面产生大量热负荷，当局部壁面热流密度超过该处的临界热流密度时，则压力容器外表面传热急剧恶化，温度显著上升，存在被熔穿失效的风险。熔融物堆内冷却和滞留措施(In-Vessel Retention，IVR)是第三代压水堆应对严重事故的重要缓解措施之一，该措施通过堆腔注水冷却系统淹没堆腔、冷却反应堆压力容器外壁面(External Reactor Vessel Cooling，ERVC)，导出下封头内熔融池的热量，避免压力容器失效。

为了提高核电厂的经济性，主要采用提高反应堆的运行功率，但是相应增加了熔融池的衰变热，导致熔融池到压力容器下封头的热流密度增加；目前IVR有效性评价基本采用三层熔融池结构(上层金属层，下层氧化池)，而熔融池结构分层相关试验表明，可能形成底部重金属层，但是底部重金属层的形成促使顶部轻金属层中金属质量减小、厚度变薄，导致轻金属层到压力容器的热流密度显著增加。因此，为了保证IVR有效性，需要提高压力容器外壁面的临界热流密度。

影响压力容器外壁面的临界热流密度的因素主要包括：冷却介质、流量、压力、温度、间隙等。流量、压力、温度、间隙等因素受边界条件的限制制约了临界热流密度的进一步提高。相比纯水，纳米流体具有更好的换热性能，可以提高压力容器外壁面的临界热流密度。Seong Dae Park 2013进行了石墨烯氧化物纳米流体应用于APR1400压力容器外部冷却的流动沸腾CHF试验，结果表明石墨烯氧化物纳米流体与纯水相比，其CHF提高20％。Q.T.Pham 2012开展了下封头表面0度、30度、45度、60度、90度的纳米流体CHF实验，结果表明3种纳米流体较纯水均具有显著的CHF强化效果(20％到50％)。因此，在压水堆严重事故的IVR策略中，应用纳米流体可以显著提高IVR有效性。

在申请号为：201410394752.0的发明专利中公布了一种反应堆压力容器外部冷却系统，包括能动冷却单元、非能动冷却单元和纳米流体单元，纳米流体单元并联在能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上以及非能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上；所述能动冷却单元包括能动注入水源和能动注入泵，能动注入水源通过能动注入泵与压力容器保温层连通；所述非能动冷却单元包括非能动注入水源，非能动注入水源与压力容器保温层连通；所述纳米流体单元包括纳米流体贮存罐。该系统通过纳米流体注入，使严重工况下压力容器获得更为可靠和强力的持续冷却，从而使IVR过程更为可靠；但是由于该方案纳米流体单元与能动注水单元、非能动注水单元之间管道相互连接，不能独立运行，会互相影响、干扰，非能动流量控制复杂、难度大，而且纳米流体会流到安全壳其他区域，比如地坑，从而扩大流动范围，导致污染其他水源，带来不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统，纳米流体注入单元与非能动注水单元物理上完全分离，不会互相影响和干扰，纳米流体活动范围受到控制，仅存在于保温层流道和混合流道内，可避免对其他水源带来的影响。

本发明通过下述技术方案实现：

一种堆腔纳米流体非能动注入冷却系统，包括非能动堆腔注水系统、纳米流体非能动注入系统以及反应堆压力容器系统；